CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.5. Các phƣơng pháp xử lý mẫu nƣớc và trầm tích
1.5.1. Nguyên tắc xử lý mẫu
Xử lý mẫu là q trình hồ tan và phá huỷ cấu trúc của chất mẫu ban đầu, giải phóng và chuyển các chất cần xác định về dạng đồng thể phù hợp với phép đo đã chọn, từ đó xác định hàm lượng chất mà chúng ta mong muốn.
Để vơ cơ hố mẫu, chuyển chất phân tích về dạng phù hợp với phương pháp phân tích, có hai phương pháp phổ biến hiện nay là xử lý ướt và xử lý khô:
Kỹ thuật xử lý ướt: là kỹ thuật dùng các axit mạnh, đặc và nóng, kiềm mạnh đặc, nóng hoặc hỗn hợp axit hay hỗn hợp kiềm... để phân huỷ mẫu trong điều kiện đun nóng trong bình Kendan, trong hộp kín hay trong lị vi sóng.[8]
Kỹ thuật xử lý khơ: là kỹ thuật nung để xử lý mẫu trong lò nung ở nhiệt độ thích hợp (4500C - 7000C), sau đó hồ tan bã mẫu bằng dung dịch muối hay axit phù hợp. Khi nung, các chất hữu cơ của mẫu sẽ bị đốt cháy hoàn tồn thành CO2 và H2O.[8]
Có thể kết hợp hai phương pháp trên chúng ta có phương pháp khơ- ướt kết hợp.
* Phá mẫu hệ hở
Phương pháp này đơn giản, không cần dụng cụ phức tạp và cho kết quả khá chính xác.
Các axit được sử dụng trong phá mẫu hệ hở như: HF, HCl, H2SO4, HClO4…, tùy theo loại mẫu và nguyên tố cần phân tích mà ta có quy trình phân tích phù hợp. Ví dụ như để xác định các nguyên tố dễ bay hơi như Hg thì cần khống chế nhiệt độ < 1200C, để phá các mẫu chứa nhiều SiO2 cần cho thêm HF….
* Phá mẫu bằng lị vi sóng
Hiện nay phổ biến nhất là kỹ thuật xử lý mẫu ướt với axit đặc trong lị vi sóng hệ kín do có nhiều ưu điểm như: thời gian xử lý mẫu ngắn, phá huỷ mẫu triệt để và không mất chất phân tích, hiệu suất xử lý mẫu cao.
Dưới tác dụng phá hủy và hoà tan các hạt (phần tử) mẫu của axit, năng lượng nhiệt cùng axit làm tan rã các hạt mẫu đồng thời do khuếch tán, đối lưu, chuyển động nhiệt và va chạm của các hạt mẫu với nhau làm chúng bị bào mòn dần, các tác nhân này tấn cơng và bào mịn dần các hạt mẫu từ bên ngoài vào, làm cho các hạt mẫu bị mòn dần và tan hết.
Ngoài ra, trong lị vi sóng cịn có sự phá vỡ từ trong lòng hạt mẫu do các phân tử nước hấp thụ (> 90%) năng lượng vi sóng và do có động năng lớn nên chúng chuyển động nhiệt rất mạnh, làm căng và xé các hạt mẫu từ trong ra. Hơn nữa, do xử lý mẫu trong hệ kín nên áp suất cao sẽ làm nhiệt độ sôi cao hơn, đây là tác nhân phân huỷ mạnh nhất do vậy thúc đẩy quá trình phân huỷ mẫu từ bên trong ra và từ ngồi vào. Do đó, xử lý mẫu trong lị vi sóng chỉ cần thời gian rất ngắn 50 đến 90 phút và rất triệt để.
1.5.2. Một số phương pháp xử lý mẫu trầm tích xác định hàm lượng kim loại nặng
Hoàng Thị Thanh Thủy, Nguyễn Như Hà Vy, Từ Cẩm Loan đã phá mẫu trầm tích bằng HCl đặc và HNO3 đặc theo tỷ lệ thể tích là 3:1 trong bình cầu và đun nóng trong vịng 2h ở nhiệt độ 80o
C( trước đó ngâm hóa chất trong vịng 10-12h) để xác định các kim loại nặng trong trầm tích sơng, rạch tại thành phố Hồ Chí Minh. Hàm lượng tổng các kim loại được đo bằng máy hấp thụ nguyên tử ngọn lửa AAS.[ 13]
Các tác giả M. Bettinelli, G. M. Beone, S. Speziaa và C. Baffi đã sử dụng hỗn hợp dung dịch gồm HF: HCl: HNO3 theo tỷ lệ thể tích 1: 3: 1 xử lý mẫu đất và trầm tích để xác định hàm lượng tổng các ion kim loại (Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb và Zn) trong các mẫu đó bằng kỹ thuật ICP-MS. [28]
Các tác giả Mustafa Soylaka, Sibel Saracoglub, Umit Divriklic và Latif Elci đã sử dụng hỗn hợp nước cường thủy( 12 ml HCl đặc và 4 ml HNO3 đặc) và đun nóng đến 95o
C để phá mẫu và xác định lượng vết Cu, Mn, Co, Cr, Fe, Pb trong mẫu trầm tích, kết quả cho thấy hiệu suất phá mẫu đạt 95 %. [27]
Xiaodan Wang, Genwei Cheng, Xianghao Zhong và Mai – Heli đã sử dụng các axit H2SO4, HNO3 và HF để xử lý mẫu đất, xác định tổng hàm lượng các kim loại B, Mo, Zn, Cu, Se, Cd, Pb, Cr, Ni, Hg và As trong các mẫu đất rừng lấy tại vùng núi cao phía đơng Tibetan Plateu của Trung Quốc. Kết quả cho thấy có sự tương quan giữa các tính chất của đất và tổng hàm lượng các kim loại. [38]
Yanhong Wu, Xinhua Hou, Xiaoying Cheng, Shuchun Yao, Weilan Xia, Sumin Wang đã sử dụng hỗn hợp các axit HNO3, HF và HClO4 để xử lý mẫu trầm tích tại các vùng hồ Dongjiu, Taihu của Trung Quốc để đánh giá mức độ ô nhiễm các kim loại Al, Ba, Be, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Li, K, Mg, Mn, Na, Ni, Pb, Sr, Ti, V và Zn. [39]
1.5.3. Một số phương pháp xử lý mẫu nước xác định hàm lượng kim loại nặng
Mẫu nước lấy ở độ sâu 20 cm dưới bề mặt, sau khi chuyển vào bình đựng, mẫu được axit hóa ngay bằng axit HNO3 1:1 (khoảng 3 ml HNO3 1:1 cho 1 lit mẫu nước). Nếu phân tích Hg mẫu được chứa trong chai thuỷ tinh borosilicat cịn nếu phân tích asen mẫu phải được đựng trong chai nhựa (chai đựng mẫu đã được rửa sạch, tráng axit). Mẫu sau khi được xử lý như trên có thể bảo quản 1 tháng.
Ngay sau khi chuyển từ hiện trường về phịng thí nghiệm, mẫu nước được bảo quản mát trong tủ lạnh có nhiệt độ ~ 4˚C. Kiểm tra lại pH của các mẫu nước. Nếu các mẫu nước có pH > 2, cần thêm ngay axit để có pH < 2. Đối với mẫu phân
tích Hg cần axit hóa bằng HNO3 đặc cịn mẫu phân tích asen cần axit hóa bằng HCl đặc.